JP2008072590A - Amplifier circuit and communication device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To expand the linearity at a low gain in a variable gain amplifier. <P>SOLUTION: In a variable gain amplifier VGA obtained by controlling current source connected to common source of differential pair SP<SB>1</SB>consisting of the same size by control voltage, a linearization circuit LCC where a differential pair SP2 using a transistor whose size ratio (M:K) is different and another differential pair SP3 whose size ratio (K:M) is different are connected in parallel is constituted. The VGA and the LCC are connected in parallel. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は可変利得増幅器の高線形化に係る技術である。   The present invention is a technique related to high linearization of a variable gain amplifier.

無線信号を受信する受信機では、無線信号の電力が約100dB程度あるため、受信アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器の入力において、所定のレベルになるように、受信信号の振幅を制御する必要がある。   In a receiver that receives a radio signal, the power of the radio signal is about 100 dB, so the amplitude of the received signal is at a predetermined level at the input of the A / D converter that converts the received analog signal into a digital signal. Need to control.

一方、送信機でも、受信側で必要以上の入力電力が送られていることがわかれば、受信側で所定のレベルが受信できるように、送信電力を制御する。   On the other hand, if the transmitter knows that more input power than necessary is transmitted on the receiving side, the transmitting power is controlled so that a predetermined level can be received on the receiving side.

受信機の利得を可変にする機能や送信電力を可変にする機能は、可変利得増幅器で行なわれる。可変利得増幅器VGAの従来例を図13(a)に示す。差動対SP1を形成するMOSトランジスタM1及びM2の共通ソース端子とグランドとの間に、可変電流源I1が接続されている。出力電流は、MOSトランジスタM1及びM2のドレイン端子から取り出される。なお、図面の簡略化のため、差動対SP1を図13(b)にように示す。 The function of changing the gain of the receiver and the function of changing the transmission power are performed by a variable gain amplifier. A conventional example of the variable gain amplifier VGA is shown in FIG. Between the common source terminal and the ground of the MOS transistors M1 and M2 forming a differential pair SP1, the variable current source I 1 is connected. The output current is taken from the drain terminals of the MOS transistors M1 and M2. For simplification of the drawing, the differential pair SP1 is shown in FIG. 13 (b).

ところで、MOSトランジスタM1及びM2の動作領域により可変利得は異なる。なお、ゲート電圧がゲート閾値電圧より高く、ゲート電圧に比例してドレイン電流が増加する動作領域は、強反転領域と呼ばれ、ゲート電圧がゲート閾値電圧より低く、ドレイン電流がほとんど流れない動作領域は、弱反転領域と呼ばれる。ゲート電圧とドレイン電流の関係において、強反転領域は、2乗特性を示し、弱反転領域は、指数特性を示す。   By the way, the variable gain differs depending on the operation region of the MOS transistors M1 and M2. The operation region where the gate voltage is higher than the gate threshold voltage and the drain current increases in proportion to the gate voltage is called a strong inversion region, and the operation region where the gate voltage is lower than the gate threshold voltage and the drain current hardly flows. Is called the weak inversion region. In the relationship between the gate voltage and the drain current, the strong inversion region shows a square characteristic, and the weak inversion region shows an exponential characteristic.

ここでMOSトランジスタM1及びM2が2乗特性の場合は、利得に相当する相互コンダクタンスgmは、
gm=2√(βId)
と表わされる。ここで、β=(1/2)μ Cox(W/L)、μは移動度、Coxは酸化膜の容量、Wはゲート幅、Lはゲート長を表わす。Idはドレイン電流である。
Here, when the MOS transistors M1 and M2 have a square characteristic, the mutual conductance gm corresponding to the gain is
gm = 2√ (βI d )
It is expressed as Here, β = (1/2) μ Cox (W / L), μ is the mobility, Cox is the capacitance of the oxide film, W is the gate width, and L is the gate length. I d is the drain current.

MOSトランジスタM1及びM2が指数特性の場合は、相互コンダクタンスgmは、
gm=Id/(nVT)
と表わされる。ここで、nはプロセスに関係する定数、VTは熱電圧を表わし、常温で26mVである。
When the MOS transistors M1 and M2 have exponential characteristics, the mutual conductance gm is
gm = I d / (nV T )
It is expressed as Here, n represents a constant related to the process, and VT represents a thermal voltage, which is 26 mV at room temperature.

ここで、MOSトランジスタM1及びM2が2乗特性の場合について、MOSトランジスタM1及びM2のゲート端子にそれぞれ印加される電圧の電位差からなる入力電圧Vinの入力範囲を検討する。因みに、ここでは、例えば線形性が確保されている範囲(利得が一定の範囲)を入力範囲Rとするが、この入力範囲Rは、線形性が確保されていない非線形の範囲(入力電圧Vinが変化することに応じて利得が変化する範囲)を含んでいても良い。 Here, MOS transistors M1 and M2 are for the case of square characteristic, consider the input range of the input voltage V in consisting of a potential difference of the voltage applied to the gate terminal of the MOS transistors M1 and M2. Incidentally, here, for example, a range in which linearity is ensured (a range in which the gain is constant) is set as the input range R, but this input range R is a non-linear range in which linearity is not ensured (input voltage V in Range in which the gain changes in response to a change in the

MOSトランジスタM1がカットオフし(電流が流れず)、MOSトランジスタM2にのみ電流Idが流れるとき、MOSトランジスタM1及びM2のゲート端子の両端にかかる電圧Vlimは、
Vlim=√(Id/β)
である。この電圧Vlimは、可変利得増幅器(差動増幅器)VGAの入力範囲Rの指標になる。
When the MOS transistor M1 is cut off (no current flows) and the current Id flows only in the MOS transistor M2, the voltage Vlim applied to both ends of the gate terminals of the MOS transistors M1 and M2 is
Vlim = √ (I d / β)
It is. This voltage Vlim serves as an index of the input range R of the variable gain amplifier (differential amplifier) VGA.

上述の電圧Vlimを表す式から、利得を下げるため電流Idを減少させると、Vlimは減少することになる。図14に、電流Idを最大にして利得を最大にした場合の相互コンダクタンスG1maxと、電流Idを減少して利得を最小にした場合の相互コンダクタンスG1minとにおける電圧Vlimを示す。   From the above equation representing the voltage Vlim, if the current Id is decreased to reduce the gain, Vlim will decrease. FIG. 14 shows the voltage Vlim at the mutual conductance G1max when the current Id is maximized and the gain is maximized, and at the mutual conductance G1min when the current Id is decreased and the gain is minimized.

したがって、利得を下げるほど可変利得増幅器VGAの線形性は劣化(すなわち入力範囲Rが減少)することになる。ただし、この場合では可変利得増幅器VGAの出力側による歪の影響は考慮しないことを仮定した。電流Idをさらに下げていくと、2乗特性から指数特性に変化していく。指数特性では、ほぼバイポーラトランジスタと同じ特性になるので、入力範囲RはnVT程度まで下がる。これ以降、入力範囲Rの減少はなくなる。   Therefore, as the gain is lowered, the linearity of the variable gain amplifier VGA deteriorates (that is, the input range R decreases). However, in this case, it is assumed that the influence of distortion on the output side of the variable gain amplifier VGA is not considered. As the current Id is further reduced, the square characteristic changes to an exponential characteristic. In the exponential characteristic, the characteristic is almost the same as that of the bipolar transistor, so that the input range R is lowered to about nVT. Thereafter, the input range R does not decrease.

図15に直接変調方式を用いた送信部TXを示す。直交変調器OMは、ミキサMX1及びMX2、移相器PHからなり、ローカルオシレータLO11から出力されるLO信号を、D/A変換器及びLPFを順次介して得られるI/Q信号により変調する。その出力は可変利得増幅器VGAに入力され、制御信号により信号振幅を調整する。可変利得増幅器VGAの出力は次段の電力増幅器PAにより増幅され、フィルタBPFを介して、図示していないアンテナから電波が発射される。この場合、直交変調器OMの出力は、アンテナから発射される電力によらず一定である。   FIG. 15 shows a transmission unit TX using a direct modulation scheme. The quadrature modulator OM includes mixers MX1 and MX2 and a phase shifter PH, and modulates the LO signal output from the local oscillator LO11 with an I / Q signal obtained through a D / A converter and an LPF sequentially. The output is input to the variable gain amplifier VGA, and the signal amplitude is adjusted by the control signal. The output of the variable gain amplifier VGA is amplified by the power amplifier PA at the next stage, and radio waves are emitted from an antenna (not shown) via the filter BPF. In this case, the output of the quadrature modulator OM is constant regardless of the power emitted from the antenna.

上記に示した可変利得増幅器VGAを用いると、利得を下げた場合、入力範囲Rが減少するため、出力信号が歪む。出力信号が歪むと、変調精度の劣化や不要輻射が増大するため、出力信号の歪みをできるだけ減らす必要がある。
特開2001−196880号公報 T. Yamaji, et.al.,”A temperature-stable CMOS variable-gain amplifier with 80-dB linearly controlled gain range”, IEEE J. Solid-State Circuits, pp.553-558, May, 2002.
When the variable gain amplifier VGA shown above is used, when the gain is lowered, the input range R is reduced, so that the output signal is distorted. When the output signal is distorted, the modulation accuracy is deteriorated and unnecessary radiation increases. Therefore, it is necessary to reduce the distortion of the output signal as much as possible.
JP 2001-196880 A T. Yamaji, et.al., “A temperature-stable CMOS variable-gain amplifier with 80-dB linearly controlled gain range”, IEEE J. Solid-State Circuits, pp.553-558, May, 2002.

本発明は、可変利得増幅器において、低利得時の線形性(すなわち利得が一定の範囲)を拡大することを目的とする。   An object of the present invention is to expand linearity (that is, a range in which gain is constant) at a low gain in a variable gain amplifier.

本発明の一態様による増幅回路は、
ゲート端子が第1入力端を為す第1トランジスタと、ゲート端子が第2入力端を為し前記第1トランジスタとの寸法比がK:M(K>M)である第2トランジスタと、前記第1トランジスタのソース端子と前記第2トランジスタのソース端子とに第1電流を供給する第1電流源と、を有する第1差動増幅回路と、
ゲート端子が第3入力端を為す第3トランジスタと、ゲート端子が第4入力端を為し前記第3トランジスタとの寸法比がM:Kである第4トランジスタと、前記第3トランジスタのソース端子と前記第4トランジスタのソース端子とに第2電流を供給する第2電流源と、を有し、前記第1差動増幅回路の利得と同じ利得である第2差動増幅回路と、
ゲート端子が第5入力端を為す第5トランジスタと、ゲート端子が第6入力端を為し前記第5トランジスタとの寸法比が1:1である第6トランジスタと、前記第5トランジスタのソース端子と前記第6トランジスタのソース端子とに第3電流を供給する可変電流源と、を有し、前記第3電流が第1の大きさである場合に前記第1差動増幅回路の利得よりも大きく、前記第3電流が前記第1の大きさとは異なる第2の大きさである場合に前記第1差動増幅回路の利得よりも小さいよう前記第3電流と前記第5のトランジスタとを組み合わせた第3差動増幅回路と、
を備え、
前記第1入力端と前記第3入力端と前記第5入力端とが互いに接続されて差動入力端の一端を為し、
前記第2入力端と前記第4入力端と前記第6入力端とが互いに接続されて前記差動入力端の他端を為し、
前記第1トランジスタのドレイン端子と前記第3トランジスタのドレイン端子と前記第5トランジスタのドレイン端子とが互いに接続されて差動出力端の一端を為し、
前記第2トランジスタのドレイン端子と前記第4トランジスタのドレイン端子と前記第6トランジスタのドレイン端子とが互いに接続されて前記差動出力端の他端を為す。
An amplifier circuit according to one embodiment of the present invention includes:
A first transistor having a gate terminal serving as a first input terminal; a second transistor having a gate terminal serving as a second input terminal and having a dimensional ratio of K: M (K>M); A first differential amplifier circuit comprising: a first current source for supplying a first current to a source terminal of one transistor and a source terminal of the second transistor;
A third transistor having a gate terminal serving as a third input terminal, a fourth transistor having a gate terminal serving as a fourth input terminal and a dimensional ratio of M: K, and a source terminal of the third transistor; And a second current source for supplying a second current to the source terminal of the fourth transistor, and a second differential amplifier circuit having the same gain as that of the first differential amplifier circuit;
A fifth transistor having a gate terminal serving as a fifth input terminal; a sixth transistor having a gate terminal serving as a sixth input terminal and having a dimensional ratio of 1: 1 to the fifth transistor; and a source terminal of the fifth transistor And a variable current source that supplies a third current to the source terminal of the sixth transistor, and the gain of the first differential amplifier circuit is greater than the first differential amplifier circuit when the third current has a first magnitude. The third current and the fifth transistor are combined so that the third current is smaller than the gain of the first differential amplifier circuit when the third current is a second magnitude different from the first magnitude. A third differential amplifier circuit;
With
The first input terminal, the third input terminal and the fifth input terminal are connected to each other to form one end of a differential input terminal,
The second input terminal, the fourth input terminal and the sixth input terminal are connected to each other to form the other end of the differential input terminal;
The drain terminal of the first transistor, the drain terminal of the third transistor and the drain terminal of the fifth transistor are connected to each other to form one end of a differential output end,
The drain terminal of the second transistor, the drain terminal of the fourth transistor, and the drain terminal of the sixth transistor are connected to each other to form the other end of the differential output terminal.

また本発明の一態様による増幅回路は、上記増幅回路の各トランジスタをバイポーラトランジスタで構成し、ゲート端子、ソース端子、及びドレイン端子をそれぞれ、ベース端子、エミッタ端子、及びコレクタ端子として読み替えた構成としたものである。   An amplifier circuit according to one embodiment of the present invention includes a structure in which each transistor of the amplifier circuit is configured as a bipolar transistor, and the gate terminal, the source terminal, and the drain terminal are read as a base terminal, an emitter terminal, and a collector terminal, respectively. It is a thing.

また本発明の一態様による通信装置は、送信回路を有する通信装置において、前記送信回路が有する変調器の後段に接続された増幅回路が上記増幅回路の構成を採るものである。   A communication device according to one embodiment of the present invention is a communication device including a transmission circuit, in which an amplifier circuit connected to a subsequent stage of a modulator included in the transmission circuit adopts the configuration of the amplifier circuit.

本発明によれば、可変利得増幅器において、低利得時の線形性を拡大することができる。   According to the present invention, the linearity at the time of low gain can be expanded in the variable gain amplifier.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施の形態に係る可変利得増幅器10である。この可変利得増幅器(すなわち増幅回路)10は、略同一のゲート幅を有する第1及び第2のトランジスタM1及びM2並びに第1の電流源I1を有する可変利得増幅器VGAと、当該可変利得増幅器VGAに並列接続され、異なるゲート幅を有する第3及び第4のトランジスタM3及びM4並びに第2の電流源I2と、異なるゲート幅を有する第5及び第6のトランジスタM5及びM6並びに第3の電流源I3とを有し、第3のトランジスタM3と第4のトランジスタM4とのゲート幅の比が、第6のトランジスタM6と第5のトランジスタM5とのゲート幅の比に略等しくなるように形成された線形化回路LCCとを備える。   FIG. 1 shows a variable gain amplifier 10 according to an embodiment of the present invention. The variable gain amplifier (that is, an amplifier circuit) 10 includes a variable gain amplifier VGA having first and second transistors M1 and M2 and a first current source I1 having substantially the same gate width, and the variable gain amplifier VGA. The third and fourth transistors M3 and M4 and the second current source I2 which are connected in parallel and have different gate widths, and the fifth and sixth transistors M5 and M6 and the third current source I3 which have different gate widths. The gate width ratio between the third transistor M3 and the fourth transistor M4 is substantially equal to the gate width ratio between the sixth transistor M6 and the fifth transistor M5. And a linearization circuit LCC.

すなわち、第1及び第2のトランジスタM1及びM2のソースが共通接続されると共に第1の電流源I1に接続され、第3及び第4のトランジスタM3及びM4のソースが共通接続されると共に第2の電流源I2に接続され、第5及び第6のトランジスタM5及びM6のソースが共通接続されると共に第3の電流源I3に接続される。   That is, the sources of the first and second transistors M1 and M2 are connected in common and connected to the first current source I1, and the sources of the third and fourth transistors M3 and M4 are connected in common and connected to the second. The sources of the fifth and sixth transistors M5 and M6 are connected in common and connected to the third current source I3.

第1、第3及び第5のトランジスタM1、M3及びM5のゲートが共通接続されると共に第1の電圧入力端子VIN1に接続され、第2、第4及び第6のトランジスタM2、M4及びM6のゲートが共通接続されると共に第2の電圧入力端子VIN2に接続される。   The gates of the first, third, and fifth transistors M1, M3, and M5 are commonly connected and connected to the first voltage input terminal VIN1, and the second, fourth, and sixth transistors M2, M4, and M6 are connected. The gates are commonly connected and connected to the second voltage input terminal VIN2.

第1、第3及び第5のトランジスタM1、M3及びM5のドレインが共通接続されると共に第1の電流出力端子IOUT1に接続され、第2、第4及び第6のトランジスタM2、M4及びM6のドレインが共通接続されると共に第2の電流出力端子IOUT2に接続される。   The drains of the first, third, and fifth transistors M1, M3, and M5 are commonly connected and connected to the first current output terminal IOUT1, and the second, fourth, and sixth transistors M2, M4, and M6 are connected. The drains are connected in common and connected to the second current output terminal IOUT2.

第1の電流源I1は、外部から与えられる利得制御信号すなわち利得制御電圧VCNTに基づいて、第1の利得制御電流Iを生成する際、利得制御電圧VCNTが増加することに応じて第1の利得制御電流Iを減少させるように、第1の利得制御電流Iを生成する。 When the first current source I1 generates the first gain control current I1 based on a gain control signal supplied from the outside, that is, the gain control voltage VCNT , the gain control voltage VCNT increases in response to the increase. The first gain control current I 1 is generated so as to decrease the first gain control current I 1 .

第2及び第3の電流源I2及びI3は、略同一の電流値を有する第2の利得制御電流Iをそれぞれ生成し、かつ利得制御電圧VCNT及び利得制御電流I、Iの関係を示す電流特性として、第1の電流源I1とは異なる電流特性を有する。 Second and third current sources I2 and I3 are the second gain control current I 2 having substantially the same current value generated respectively, and the gain control voltage V CNT and gain control currents I 1, I 2 relationship As the current characteristic indicating the current characteristic, the current characteristic is different from that of the first current source I1.

因みに、本実施の形態における第1のトランジスタは、特許請求の範囲における第5トランジスタに対応し、以下、同様に、本実施の形態における第2のトランジスタは第6トランジスタに対応し、本実施の形態における第3のトランジスタは第1トランジスタに対応し、本実施の形態における第4のトランジスタは第2トランジスタに対応し、本実施の形態における第5のトランジスタは第3トランジスタに対応し、本実施の形態における第4のトランジスタは第3トランジスタに対応する。また、本実施の形態における第1の電流源I1は、第3電流を供給する可変電流源に対応し、本実施の形態における第2の電流源I2は、第1電流を供給する第1電流源に対応し、本実施の形態における第3の電流源I3は、第2の電流を供給する第2電流源に対応する。また、本実施の形態における差動対SP1は第3差動増幅回路に対応し、本実施の形態における差動対SP2は第1差動増幅回路に対応し、本実施の形態における差動対SP3は第2差動増幅回路に対応する。また、本実施の形態における第1の電圧入力端子VIN1は差動入力端の一端に対応し、本実施の形態における第2の電圧入力端子VIN2は差動入力端の他端に対応し、本実施の形態における第1の電流出力端子IOUT1は差動出力端の一端に対応し、本実施の形態における第2の電流出力端子IOUT2は差動出力端の他端に対応する。さらに、差動対SP1(第3差動増幅回路)は、利得制御電流I1(第3電流)が第1の大きさである場合に差動対SP2(第1差動増幅回路)の利得よりも大きく、利得制御電流I1(第3電流)が第1の大きさとは異なる第2の大きさである場合に差動対SP1(第1差動増幅回路)の利得よりも小さいよう利得制御電流I1(第3電流)と第1のトランジスタ(第5トランジスタ)とを組み合わせた。 Incidentally, the first transistor in the present embodiment corresponds to the fifth transistor in the claims, and similarly, the second transistor in the present embodiment corresponds to the sixth transistor. The third transistor in this embodiment corresponds to the first transistor, the fourth transistor in this embodiment corresponds to the second transistor, and the fifth transistor in this embodiment corresponds to the third transistor. The fourth transistor in the form corresponds to the third transistor. The first current source I1 in the present embodiment corresponds to a variable current source that supplies a third current, and the second current source I2 in the present embodiment has a first current that supplies the first current. The third current source I3 in the present embodiment corresponds to the second current source that supplies the second current. The differential pair SP1 in the present embodiment corresponds to the third differential amplifier circuit, the differential pair SP2 in the present embodiment corresponds to the first differential amplifier circuit, and the differential pair in the present embodiment. SP3 corresponds to the second differential amplifier circuit. Further, the first voltage input terminal VIN1 in the present embodiment corresponds to one end of the differential input end, and the second voltage input terminal VIN2 in the present embodiment corresponds to the other end of the differential input end. The first current output terminal IOUT1 in the embodiment corresponds to one end of the differential output end, and the second current output terminal IOUT2 in the present embodiment corresponds to the other end of the differential output end. Further, the differential pair SP1 (third differential amplifier circuit) has a gain of the differential pair SP2 (first differential amplifier circuit) when the gain control current I 1 (third current) is the first magnitude. Larger than the gain of the differential pair SP1 (first differential amplifier circuit) when the gain control current I 1 (third current) is a second magnitude different from the first magnitude. The control current I 1 (third current) and the first transistor (fifth transistor) were combined.

ここで、可変利得増幅器G1(VGA)は差動増幅器から構成され、可変電流源I1を流れるテール電流すなわち利得制御電流I1は、利得制御電圧VCNTにより制御されるf(VCNT)からなる。ここでは、f(VCNT)は、利得制御電圧VCNTが高くなることに応じて利得制御電流I1が指数関数的に減少するものであり、f(VCNT)=A exp (-VCNT) で表されるものである。 Here, the variable gain amplifier G1 (VGA) is composed of a differential amplifier, and the tail current flowing through the variable current source I1, that is, the gain control current I 1 is composed of f (V CNT ) controlled by the gain control voltage V CNT. . Here, f (V CNT ) is a gain control current I 1 that decreases exponentially as the gain control voltage V CNT increases, and f (V CNT ) = A exp (−V CNT ).

一方、増幅器G2は、ゲート幅比がM:Kの差動対SP2とゲート幅比がK:Mの差動対SP3とが並列接続された構成をとる。なお、ゲート長はいずれの差動対も同一である。それぞれの利得制御電流はI2とあり、利得制御電圧VCNTに対して、f(VCNT)と異なる関数g(VCNT)で表されるものである。 On the other hand, the amplifier G2 has a configuration in which a differential pair SP2 having a gate width ratio of M: K and a differential pair SP3 having a gate width ratio of K: M are connected in parallel. The gate length is the same for all differential pairs. Each gain control current is I 2 and is expressed by a function g (V CNT ) different from f (V CNT ) with respect to the gain control voltage V CNT .

ここで、増幅器G2は、可変利得増幅器G1における低利得時の線形性を拡大するために使用されるものであり、線形化回路(LCC:Linearity compensation Circuit)と呼ぶ。増幅器G2、すなわち、LCCは可変利得増幅器G1と並列接続される。   Here, the amplifier G2 is used to expand the linearity at the time of low gain in the variable gain amplifier G1, and is referred to as a linearization circuit (LCC). Amplifier G2, ie LCC, is connected in parallel with variable gain amplifier G1.

図2は図1で示した可変利得増幅器G1と増幅器G2の差動対の部分を簡略化した記号を用いて描いたものである。なお、増幅器G2の利得制御電流は2つあるが、簡略化した記号では1つのみとした。以下、可変利得増幅器10について動作を説明する。   FIG. 2 shows the differential pair portion of the variable gain amplifier G1 and the amplifier G2 shown in FIG. 1 using simplified symbols. Note that there are two gain control currents of the amplifier G2, but the simplified symbol is only one. Hereinafter, the operation of the variable gain amplifier 10 will be described.

可変利得増幅器G1のテール電流、すなわち、ここでは利得制御電流I1は、上記に記載したように、外部から入力される利得制御電圧VCNTに対して指数的に変化する電流I1= A exp (-VCNT)で表される。 As described above, the tail current of the variable gain amplifier G1, that is, the gain control current I 1 here, is the current I 1 = A exp that changes exponentially with respect to the gain control voltage V CNT input from the outside. It is represented by (-V CNT ).

ここで、利得制御電圧VCNTは、電圧VCNT0から電圧VCNT1まで変化するものとし、利得制御電流I1は、最大A exp (-VCNT0)から最小A exp (-VCNT1)まで変化する。利得制御電流I1が最大値のとき、可変利得増幅器G1のMOSトランジスタは強反転領域で動作する。 Here, it is assumed that the gain control voltage V CNT changes from the voltage V CNT0 to the voltage V CNT1 , and the gain control current I 1 changes from the maximum A exp (−V CNT0 ) to the minimum A exp (−V CNT1 ). . When the gain control current I 1 is a maximum value, MOS transistors of the variable gain amplifier G1 operates in strong inversion region.

この条件は、可変利得増幅器G1のMOSトランジスタを必要以上に大きくしないことを意味する。すなわち、強反転領域ではMOSトランジスタに流れる電流密度が弱反転領域に比べ非常に高いので、弱反転領域で動作させることに比べMOSトランジスタの寸法を小さくできる。すなわち、MOSトランジスタの遮断周波数fTを高めることができる他、MOSトランジスタの寄生キャパシタを小さくできるため、少ない電流で高速性を高めることができる。   This condition means that the MOS transistor of the variable gain amplifier G1 is not made larger than necessary. That is, in the strong inversion region, the current density flowing through the MOS transistor is much higher than that in the weak inversion region, so that the size of the MOS transistor can be made smaller than operating in the weak inversion region. That is, the cutoff frequency fT of the MOS transistor can be increased, and the parasitic capacitor of the MOS transistor can be reduced, so that high speed can be improved with a small current.

このとき、可変利得増幅器G1の相互コンダクタンスは、gm=2√(βI1)(I1≒Id)で表されるので、相互コンダクタンスはVCNTに対して指数的に変化する。この特性を以下、linear-in-dB特性と呼ぶ。利得制御電圧がVCNT0のとき、相互コンダクタンスは最も高い値をとり、G1maxとする。利得制御電圧VCNTを大きくすると、相互コンダクタンスは次第に減少していき、最大値VCNT1では最も低いG1min となる。 At this time, since the mutual conductance of the variable gain amplifier G1 is expressed by gm = 2√ (βI 1 ) (I 1 ≈I d ), the mutual conductance changes exponentially with respect to VCNT . This characteristic is hereinafter referred to as a linear-in-dB characteristic. When the gain control voltage is V CNT0 , the mutual conductance takes the highest value and is G1max. When the gain control voltage V CNT is increased, the mutual conductance gradually decreases, and the maximum value V CNT1 is the lowest G1min.

一方、LCCすなわち増幅器G2の動作を2つの場合に分けて述べる。まず、図2に示すように、利得制御電圧VCNTに依存せず、増幅器G2の利得制御電流I2を一定にする第1の手法について述べる。このとき、利得制御電流I1及びI2と利得制御電圧VCNTの関係を図3に示す。 On the other hand, the operation of the LCC, that is, the amplifier G2, will be described in two cases. First, as shown in FIG. 2, without depending on the gain control voltage V CNT, described for the first approach to the gain control current I 2 of the amplifier G2 constant. FIG. 3 shows the relationship between the gain control currents I 1 and I 2 and the gain control voltage VCNT at this time.

この場合、第1の電流源I1は、利得制御電圧VCNTが増加することに応じて、第1の利得制御電流Iを指数関数的に減少させるように、第1の利得制御電流Iを生成し、第2及び第3の電流源I2及びI3は、略一定値を有する第2の利得制御電流Iをそれぞれ生成する。 In this case, the first current source I1, in response to the gain control voltage V CNT is increased, so as to reduce the first gain control current I 1 exponentially, first gain control current I 1 And the second and third current sources I2 and I3 generate a second gain control current I2 having a substantially constant value, respectively.

増幅器G2は、非対称な差動対を2つ接続した構成からなる。この各々の相互コンダクタンスgm2が、利得制御電流I2のとき、相互コンダクタンスG1minに等しくなるように差動対のゲート幅比M:Kを設定する。 The amplifier G2 has a configuration in which two asymmetric differential pairs are connected. Transconductance gm2 of each, when the gain control current I 2, the gate width ratio of the differential pair to be equal to the transconductance G1min M: setting the K.

このようにすることにより、増幅器G2は利得制御電圧VCNTによらず常に一定電流2I2が流れ、ゲート幅比M:Kの関数となるオフセット電圧VOFFのときに、相互コンダクタンスgm2のピークが相互コンダクタンスG1minのピークと等しい値を有する増幅器となる。なお、VOFF={(m-1)/(m+1)}/√(mβ)×I2である。ここで、m=M/K, M>Kである。 By doing so, the amplifier G2 is the gain control voltage V CNT always constant current 2I 2 flows irrespective of the gate width ratio M: when the offset voltage VOFF which is a function of K, the peak of the transconductance gm2 mutual The amplifier has a value equal to the peak of the conductance G1min. Note that VOFF = {(m−1) / (m + 1)} / √ (mβ) × I2. Here, m = M / K, M> K.

図4に最小利得時と最大利得時の可変利得増幅器G1と増幅器G2の相互コンダクタンスを示す。因みに、ここでは、例えば線形性が確保されている範囲(利得が一定の範囲)を入力範囲Rとするが、この入力範囲Rは、線形性が確保されていない非線形の範囲(入力電圧Vinが変化することに応じて利得が変化する範囲)を含んでいても良い。 FIG. 4 shows the mutual conductance of the variable gain amplifier G1 and the amplifier G2 at the minimum gain and the maximum gain. Incidentally, here, for example, a range in which linearity is ensured (a range in which the gain is constant) is set as the input range R, but this input range R is a non-linear range in which linearity is not ensured (input voltage V in Range in which the gain changes in response to a change in the

図4から明らかのように、最大利得時は可変利得増幅器G1の入力範囲Rは広く、しかも相互コンダクタンスG1maxが高いため、増幅器G2の小さい相互コンダクタンスgm2は無視できるので、ほぼ、可変利得増幅器G1の相互コンダクタンスG1maxにより入力範囲Rが決まる。   As apparent from FIG. 4, since the input range R of the variable gain amplifier G1 is wide at the maximum gain and the mutual conductance G1max is high, the small mutual conductance gm2 of the amplifier G2 can be ignored. The input range R is determined by the mutual conductance G1max.

一方、利得制御電流I1を小さくし、可変利得増幅器G1の相互コンダクタンスを最小のG1minとしたとき、増幅器G2の相互コンダクタンスgm2は所定のオフセット電圧VOFFでピークをもち、しかもその値はG1minと等しい。この場合、可変利得増幅器G1の相互コンダクタンスG1minと、増幅器G2における2つの相互コンダクタンスgm2とは加算され、これにより、入力範囲Rは増幅器G2がないときの少なくともオフセット電圧VOFFの分だけ広がる。 On the other hand, to reduce the gain control current I 1, when the mutual conductance of the variable gain amplifier G1 and minimum G1min, transconductance gm2 of amplifier G2 has a peak at a predetermined offset voltage VOFF, yet the value is equal to G1min . In this case, the mutual conductance G1min of the variable gain amplifier G1 and the two mutual conductances gm2 in the amplifier G2 are added, so that the input range R is expanded by at least the offset voltage VOFF when there is no amplifier G2.

図5に、利得制御電圧VCNTに対する利得、すなわち、相互コンダクタンスの依存性を示す。可変利得増幅器G1の最小利得時に、MOSトランジスタが強反転領域で動作しているときは(すなわち全ての利得について強反転領域で動作しているときは)、可変利得増幅器G1のVCNT依存性はlinear-in-dB特性を示し、縦軸を対数でとると直線のグラフになる。 FIG. 5 shows the gain, that is, the dependence of the mutual conductance, on the gain control voltage VCNT . When the MOS transistor is operating in the strong inversion region at the minimum gain of the variable gain amplifier G1 (that is, when operating in the strong inversion region for all gains), the V CNT dependence of the variable gain amplifier G1 is Shows linear-in-dB characteristics, and the vertical axis is a logarithmic graph.

この場合、増幅器G 2の相互コンダクタンスは一定であるので、可変利得増幅器10全体の相互コンダクタンスGは、最小利得近傍では若干高くなることがある。これは、オフセット電圧VOFF=0V(Vin=0)近傍における増幅器G2の相互コンダクタンスが、可変利得増幅器G1の相互コンダクタンスに加算されるからである。 In this case, since the mutual conductance of the amplifier G2 is constant, the mutual conductance G of the entire variable gain amplifier 10 may be slightly high near the minimum gain. This is because the mutual conductance of the amplifier G2 near the offset voltage VOFF = 0V (V in = 0) is added to the mutual conductance of the variable gain amplifier G1.

したがって、可変利得増幅器10全体の相互コンダクタンスG=G1+G2は、可変利得増幅器G1の最小値より高くなる。しかしながら、この偏差は必ず生じるものであり、あらかじめ予期されるので、利得制御信号VCNTを調整することにより回避できる。また、利得制御特性に高い精度を必要としない場合には、利得制御特性の偏差は小さいので問題になることはない。 Accordingly, the mutual conductance G = G1 + G2 of the entire variable gain amplifier 10 is higher than the minimum value of the variable gain amplifier G1. However, this deviation always occurs and is anticipated in advance, and can be avoided by adjusting the gain control signal VCNT . Further, when the gain control characteristic does not require high accuracy, there is no problem because the deviation of the gain control characteristic is small.

ここで、linear-in-dB特性をより高精度にする方法について述べる。この場合、可変利得増幅器VGAは、可変利得増幅器VGAが変化させ得る利得範囲のうち、最大利得付近では、第1及び第2のトランジスタM1及びM2を強反転領域で動作させ、最小利得付近では、第1及び第2のトランジスタM1及びM2を弱反転領域で動作させる。   Here, a method for making the linear-in-dB characteristic more accurate will be described. In this case, the variable gain amplifier VGA operates the first and second transistors M1 and M2 in the strong inversion region in the vicinity of the maximum gain in the gain range that the variable gain amplifier VGA can change, and in the vicinity of the minimum gain, The first and second transistors M1 and M2 are operated in the weak inversion region.

可変利得増幅器G1の最小利得Gmin付近が弱反転領域で動作するように設定すると、可変利得増幅器G1の利得制御特性はlinear-in-dB特性から外れてくる。すなわち、強反転領域から弱反転領域に遷移するとき、linear-in-dB特性の傾きが1から2に遷移するようにして急峻になる。   If the minimum gain Gmin of the variable gain amplifier G1 is set to operate in the weak inversion region, the gain control characteristic of the variable gain amplifier G1 deviates from the linear-in-dB characteristic. That is, when the transition is made from the strong inversion region to the weak inversion region, the slope of the linear-in-dB characteristic becomes steep so as to transition from 1 to 2.

図6にこの特性を示す。このように、相互コンダクタンスGminを弱反転領域で設定した場合、可変利得増幅器G1のlinear-in-dB特性の傾きが変化するが、増幅器G2の相互コンダクタンスの影響により全体の相互コンダクタンスが高くなることを利用すると、図5の場合と比較して、lnear-in-dB特性の範囲(変化させることが可能な利得の範囲GR)を大きくすることができる。   Figure 6 shows this characteristic. In this way, when the mutual conductance Gmin is set in the weak inversion region, the slope of the linear-in-dB characteristic of the variable gain amplifier G1 changes, but the overall mutual conductance increases due to the mutual conductance of the amplifier G2. By using, the range of the lnear-in-dB characteristic (gain range GR that can be changed) can be increased compared to the case of FIG.

次に、図7に示すように、増幅器G2の利得制御電流I2を利得制御電圧VCNTに依存させる第2の手法について述べる。図7では、利得制御電流I2は利得制御電流I1と異なるため、I2=g(VCNT)と記している。 Next, as shown in FIG. 7, a second method for making the gain control current I 2 of the amplifier G2 dependent on the gain control voltage VCNT will be described. In FIG. 7, since the gain control current I 2 is different from the gain control current I 1 , I 2 = g (V CNT ) is described.

この場合、第1の電流源I1は、利得制御電圧VCNTが増加することに応じて、第1の利得制御電流Iを指数関数的に減少させるように、第1の利得制御電流Iを生成し、記第2及び第3の電流源I2及びI3は、利得制御電圧VCNTが増加することに応じて単調増加するように、第2の利得制御電流Iをそれぞれ生成する。 In this case, the first current source I1, in response to the gain control voltage V CNT is increased, so as to reduce the first gain control current I 1 exponentially, first gain control current I 1 The second and third current sources I2 and I3 respectively generate the second gain control current I2 so as to increase monotonously as the gain control voltage VCNT increases.

制御方法として、図8に示すように、利得制御電圧VCNTが大きくなると、利得制御電流I2も大きくなることを特徴としている。すなわち、I2=g(VCNT)=B1(VCNT)×VCNT; B1(VCNT)≧0 とすることを特徴とする。ただし、可変利得増幅器G1の相互コンダクタンスが最小G1minとなるときは、利得制御電流I2を一定とする第1の手法と同様に、増幅器G2の相互コンダクタンスgm2のピークが相互コンダクタンスG1minのピークと等しくなるように、利得制御電流I2および差動対のゲート幅比M:Kを設定する。 As a control method, as shown in FIG. 8, when the gain control voltage VCNT increases, the gain control current I 2 also increases. That is, I 2 = g (V CNT ) = B 1 (V CNT ) × V CNT ; B 1 (V CNT ) ≧ 0. However, when the mutual conductance of the variable gain amplifier G1 is minimized G1min, as in the first approach to the gain control current I 2 is constant, the peak transconductance gm2 of amplifier G2 is equal to the peak of the transconductance G1min Thus, the gain control current I 2 and the gate width ratio M: K of the differential pair are set.

このようにすることにより、最大利得を設定しているときは増幅器G2の利得制御電流I2を小さくできるので、低消費電力化を達成できる。なお、ここでは、非対称差動対が1対のみを考慮しているが、複数対存在しても同様である。 By doing so, since it reduces the gain control current I 2 of the amplifier G2 when setting the maximum gain, and low power consumption can be achieved. Here, only one asymmetric differential pair is considered, but the same is true even when there are a plurality of pairs.

図9は可変利得増幅器G1が最小利得まで全て強反転領域の場合の利得制御特性を示す。図5で示したように、可変利得増幅器G1はlinear-in-dBの利得制御特性を有するが、増幅器G2を含めた全体の利得制御特性G=G1+G2は、最小利得近傍でlinear-in-dBからの偏差が生じる。しかしながら、この偏差は必ず生じるものであり、あらかじめ予期されるので、利得制御電圧VCNTを調整することにより回避できる。また、利得制御特性に高い精度を必要としない場合には、利得制御特性の偏差は小さいので問題になることはない。   FIG. 9 shows gain control characteristics when the variable gain amplifier G1 is all in the strong inversion region up to the minimum gain. As shown in FIG. 5, the variable gain amplifier G1 has a linear-in-dB gain control characteristic, but the overall gain control characteristic G = G1 + G2 including the amplifier G2 is linear-in near the minimum gain. Deviation from -dB occurs. However, this deviation always occurs and is expected in advance, and can be avoided by adjusting the gain control voltage VCNT. Further, when the gain control characteristic does not require high accuracy, there is no problem because the deviation of the gain control characteristic is small.

上記、linear-in-dBの利得制御特性からのずれを小さくする手法について、図10を参照して述べる。MOSトランジスタは動作条件により強反転領域と弱反転領域があり、それぞれ、入出力特性は2乗特性と指数特性となる。このため、利得の傾きは1から2になる。図6で示したように、可変利得増幅器G1の最小利得を弱反転領域に入ったところに設定すれば、可変利得増幅器G1の最小の相互コンダクタンスG1minと増幅器G2の相互コンダクタンスgm2のピークが加算され、可変利得増幅器20全体の相互コンダクタンスG=G1+G2は最小利得までlinear-in-dB特性を維持できる。   A method for reducing the deviation from the linear-in-dB gain control characteristic will be described with reference to FIG. MOS transistors have a strong inversion region and a weak inversion region depending on operating conditions, and input / output characteristics are a square characteristic and an exponential characteristic, respectively. For this reason, the gain slope is 1 to 2. As shown in FIG. 6, if the minimum gain of the variable gain amplifier G1 is set in the weak inversion region, the minimum mutual conductance G1min of the variable gain amplifier G1 and the peak of the mutual conductance gm2 of the amplifier G2 are added. The overall transconductance G = G1 + G2 of the variable gain amplifier 20 can maintain the linear-in-dB characteristic up to the minimum gain.

ところで、本実施の形態による可変利得増幅器10及び20を、図示しない送信機内の直交変調器(図15)の後段に設ければ、利得を下げても入力範囲Rが減少することを回避することができる。これにより、出力信号が歪むことを抑制し、変調精度の劣化や不要輻射の増大を抑制することができる。   By the way, if the variable gain amplifiers 10 and 20 according to the present embodiment are provided after the quadrature modulator (not shown) in the transmitter (FIG. 15), it is possible to avoid the input range R from being reduced even if the gain is lowered. Can do. Thereby, distortion of the output signal can be suppressed, and deterioration of modulation accuracy and increase of unnecessary radiation can be suppressed.

このように本実施の形態によれば、ゲート幅比が1:1の差動対SP1と、ゲート幅比がM:Kの差動対SP2と、ゲート幅比がK:Mの差動対SP3が並列接続され、差動対SP1の利得制御電流I1は利得制御電圧VCNTに対して指数的に減少させ、差動対SP2及びSP3の利得制御電流I2は利得制御電流I1と異なる電流とする。しかも、利得制御電圧VCNTに関係なく一定値とするか、または利得制御電圧VCNTに対して増加させる。差動対SP1による利得が最小利得時である相互コンダクタンスが、差動対SP2及びSP3の相互コンダクタンスと同じにすることにより、最小利得時の線形性を拡大することができる。 Thus, according to the present embodiment, the differential pair SP1 having a gate width ratio of 1: 1, the differential pair SP2 having a gate width ratio of M: K, and the differential pair having a gate width ratio of K: M. SP3 are connected in parallel, gain control current I 1 of the differential pair SP1 exponentially reduced against the gain control voltage V CNT, the gain control current I 2 of the differential pair SP2 and SP3 to the gain control current I 1 Use a different current. Moreover, either a constant value irrespective of the gain control voltage V CNT, or increases with respect to the gain control voltage V CNT. By making the transconductance when the gain by the differential pair SP1 is the minimum gain the same as the transconductance of the differential pairs SP2 and SP3, the linearity at the minimum gain can be expanded.

このように、可変利得増幅器の低利得時の線形性を拡大できるので、可変利得増幅器の1段あたりの可変範囲を広くとることができる。これにより、可変利得増幅器の必要段数が削減できるので、低消費電力化が可能になる。   Thus, since the linearity of the variable gain amplifier at the time of low gain can be expanded, the variable range per stage of the variable gain amplifier can be widened. As a result, the number of necessary stages of the variable gain amplifier can be reduced, so that power consumption can be reduced.

なお、上述の実施の形態では、増幅器G2(LCC)としてM:Kのゲート幅比の差動対とK:Mのゲート幅比の差動対を並列接続したものを用いて説明した。しかし、この考えを拡張すれば、M1:K1とK1:M1のゲート幅比をもつ差動対、M2:K2とK2:M2のゲート幅比をもつ差動対、Mn:KnとKn:Mnのゲート幅比をもつ差動対を並列接続すると、さらに線形範囲が拡大できる。ただし、RF回路に用いる場合は、並列数を大きくすると、それに伴い、寄生容量が大きくなり、信号損失が大きくなるので、並列数を小さくするほうがよい。例えば、説明したように、並列数は2つ、すなわち、n=1が適している場合が多い。   In the above-described embodiment, the amplifier G2 (LCC) has been described using a differential pair having a gate width ratio of M: K and a differential pair having a gate width ratio of K: M connected in parallel. However, if this idea is expanded, a differential pair with a gate width ratio of M1: K1 and K1: M1, a differential pair with a gate width ratio of M2: K2 and K2: M2, Mn: Kn and Kn: Mn If differential pairs having a gate width ratio of 2 are connected in parallel, the linear range can be further expanded. However, when used in an RF circuit, increasing the number of parallels increases the parasitic capacitance and increases the signal loss, so it is better to reduce the number of parallels. For example, as described above, there are many cases where the number of parallelism is two, that is, n = 1 is suitable.

また上述の実施の形態では、送信機の用途で低利得時の入力範囲を拡大することを述べていたが、受信機の用途でも一般に低利得時には入力範囲を拡大する必要がある。これは、受信機の場合は、所定の振幅を得るように制御されるからである。例えば、可変利得増幅器10(29)の入力信号が大きくなると、可変利得増幅器10(20)の利得を小さくし、可変利得増幅器10(20)の出力が一定になるようにする。   In the above-described embodiment, it has been described that the input range at the time of low gain is expanded in the application of the transmitter. However, in the application of the receiver, it is generally necessary to expand the input range at the time of low gain. This is because the receiver is controlled to obtain a predetermined amplitude. For example, when the input signal of the variable gain amplifier 10 (29) becomes large, the gain of the variable gain amplifier 10 (20) is reduced so that the output of the variable gain amplifier 10 (20) becomes constant.

本実施の形態の可変利得増幅器10及び20は、送信部TXの可変利得増幅器VGAおよび受信部の可変利得増幅器VGAに応用できる。図11は直接変調方式の送受信機30を示す。   The variable gain amplifiers 10 and 20 of the present embodiment can be applied to the variable gain amplifier VGA of the transmission unit TX and the variable gain amplifier VGA of the reception unit. FIG. 11 shows a direct modulation transmitter / receiver 30.

受信部RXは初段に固定利得のローノイズアンプLNAを備え、低雑音で受信した微弱な信号を増幅する。その後、可変利得増幅器VGAを介して、I/Q信号に周波数変換する直交復調器ODに入力される。なお、可変利得増幅機能をローノイズアンプLNAの機能に追加される場合は、可変利得増幅器VGAは省略できる。I/Q信号はローパスフィルタLPFにより、所望帯域外の不要波を除去されたのち、A/D変換器の入力レベルに適した振幅に合わせるため可変利得増幅器VGAに入力される。   The receiving unit RX includes a low-noise amplifier LNA having a fixed gain at the first stage, and amplifies a weak signal received with low noise. Thereafter, the signal is input to the quadrature demodulator OD that converts the frequency into an I / Q signal via the variable gain amplifier VGA. When the variable gain amplification function is added to the function of the low noise amplifier LNA, the variable gain amplifier VGA can be omitted. The I / Q signal is input to the variable gain amplifier VGA in order to match the amplitude suitable for the input level of the A / D converter after unnecessary waves outside the desired band are removed by the low-pass filter LPF.

送信部TXは図15と同様であるので、説明は省略する。本実施の形態の可変利得増幅器10及び20は上記、可変利得増幅器VGAに適用可能なものである。   The transmission unit TX is the same as that shown in FIG. The variable gain amplifiers 10 and 20 of the present embodiment are applicable to the above-described variable gain amplifier VGA.

また上述の実施の形態では、MOSトランジスタを用いた可変利得増幅器10(20)について述べてきたが、図12に示すように、バイポーラトランジスタを用いても同様の効果が得られる。   In the above-described embodiment, the variable gain amplifier 10 (20) using the MOS transistor has been described. However, as shown in FIG. 12, the same effect can be obtained by using the bipolar transistor.

この場合、可変利得増幅器(すなわち増幅回路)30は、略同一のエミッタ面積を有する第1及び第2のバイポーラトランジスタB1及びB2並びに第1の電流源I1を有する可変利得増幅器VGAと、当該可変利得増幅器VGAに並列接続され、異なるエミッタ面積を有する第3及び第4のバイポーラトランジスタB3及びB4並びに第2の電流源I2と、異なるエミッタ面積を有する第5及び第6のバイポーラトランジスタB5及びB6並びに第3の電流源I3とを有し、第3のバイポーラトランジスタB3と第4のバイポーラトランジスタB4とのエミッタ面積の比が、第6のバイポーラトランジスタB6と第5のバイポーラトランジスタB5とのエミッタ面積の比に略等しくなるように形成された線形化回路LCCとを備える。   In this case, the variable gain amplifier (that is, the amplifier circuit) 30 includes a variable gain amplifier VGA having first and second bipolar transistors B1 and B2 and a first current source I1 having substantially the same emitter area, and the variable gain. The third and fourth bipolar transistors B3 and B4 and the second current source I2 connected in parallel to the amplifier VGA and having different emitter areas, and the fifth and sixth bipolar transistors B5 and B6 having the different emitter areas and the second The ratio of the emitter areas of the third bipolar transistor B3 and the fourth bipolar transistor B4 is the ratio of the emitter areas of the sixth bipolar transistor B6 and the fifth bipolar transistor B5. And a linearization circuit LCC formed so as to be substantially equal to.

すなわち、第1及び第2のバイポーラトランジスタB1及びB2のエミッタが共通接続されると共に第1の電流源I1に接続され、第3及び第4のバイポーラトランジスタB3及びB4のエミッタが共通接続されると共に第2の電流源I2に接続され、第5及び第6のバイポーラトランジスタB5及びB6のエミッタが共通接続されると共に第3の電流源I3に接続される。   That is, the emitters of the first and second bipolar transistors B1 and B2 are connected in common and connected to the first current source I1, and the emitters of the third and fourth bipolar transistors B3 and B4 are connected in common. Connected to the second current source I2, the emitters of the fifth and sixth bipolar transistors B5 and B6 are connected in common and connected to the third current source I3.

第1、第3及び第5のバイポーラトランジスタB1、B3及びB5のベースが共通接続されると共に第1の電圧入力端子VIN1に接続され、第2、第4及び第6のバイポーラトランジスタB2,B4及びB6のベースが共通接続されると共に第2の電圧入力端子VIN2に接続される。   The bases of the first, third, and fifth bipolar transistors B1, B3, and B5 are connected in common and connected to the first voltage input terminal VIN1, and the second, fourth, and sixth bipolar transistors B2, B4, and The bases of B6 are connected in common and connected to the second voltage input terminal VIN2.

第1、第3及び第5のバイポーラトランジスタB1、B3及びB5のコレクタが共通接続されると共に第1の電流出力端子IOUT1に接続され、第2、第4及び第6のバイポーラトランジスタB2、B4及びB6のコレクタが共通接続されると共に第2の電流出力端子IOUT2に接続される。   The collectors of the first, third and fifth bipolar transistors B1, B3 and B5 are connected in common and connected to the first current output terminal IOUT1, and the second, fourth and sixth bipolar transistors B2, B4 and The collectors of B6 are commonly connected and connected to the second current output terminal IOUT2.

第1の電流源I1は、外部から与えられる利得制御電圧VCNTに基づいて、第1の利得制御電流Iを生成する際、利得制御電圧VCNTが増加することに応じて第1の利得制御電流Iを減少させるように、第1の利得制御電流Iを生成する。 When the first current source I1 generates the first gain control current I1 based on the gain control voltage VCNT applied from the outside, the first gain source I1 responds to the increase in the gain control voltage VCNT. to reduce the control current I 1, and generates a first gain control current I 1.

第2及び第3の電流源I2及びI3は、略同一の電流値を有する第2の利得制御電流Iをそれぞれ生成し、かつ利得制御電圧VCNT及び利得制御電流I、Iの関係を示す電流特性として、第1の電流源I1とは異なる電流特性を有する。 Second and third current sources I2 and I3 are the second gain control current I 2 having substantially the same current value generated respectively, and the gain control voltage V CNT and gain control currents I 1, I 2 relationship As the current characteristic indicating the current characteristic, the current characteristic is different from that of the first current source I1.

すなわち、可変利得増幅器G1はlinear-in-dB特性を有する可変利得増幅器であり、増幅器G2は可変利得増幅器G1の低利得時の線形性を改善させる。   That is, the variable gain amplifier G1 is a variable gain amplifier having a linear-in-dB characteristic, and the amplifier G2 improves the linearity of the variable gain amplifier G1 when the gain is low.

ここで、増幅器G2の利得を制御する利得制御電流I2=g(VCNT)は、可変利得増幅器G1の利得制御電流I1=f(VCNT)と異なる。つまり、上述の実施の形態では、最大利得時のMOSトランジスタが2乗特性であることを限定していたが、最大利得時のMOSトランジスタの動作領域を指数特性としても本実施の形態は有効である。ただし、MOSトランジスタでは、動作領域により入出力特性が変化するが、バイポーラトランジスタでは動作領域は変化しない。このため、図6や図10で示したlinear-in-dB特性の補正をすることはできない。 Here, the gain control current I 2 = g (VCNT) for controlling the gain of the amplifier G2 is different from the gain control current I 1 = f (V CNT ) of the variable gain amplifier G1. That is, in the above-described embodiment, the MOS transistor at the maximum gain is limited to the square characteristic, but this embodiment is effective even if the operating region of the MOS transistor at the maximum gain is an exponential characteristic. is there. However, in the MOS transistor, the input / output characteristics change depending on the operation region, but in the bipolar transistor, the operation region does not change. For this reason, it is impossible to correct the linear-in-dB characteristics shown in FIG. 6 and FIG.

本実施の形態の可変利得増幅器の構成図。The block diagram of the variable gain amplifier of this Embodiment. 本実施の形態の可変利得増幅器のブロック図。The block diagram of the variable gain amplifier of this Embodiment. 可変利得増幅器G1の利得制御電流I1と増幅器G2の利得制御電流I2Gain control current I 2 of the gain control current I 1 and the amplifier G2 of the variable gain amplifier G1. 可変利得増幅器G1の入力範囲と可変利得増幅器G1及び増幅器G2による入力範囲の比較。Comparison of the input range of the variable gain amplifier G1 and the input range of the variable gain amplifier G1 and the amplifier G2. 2乗特性の可変利得増幅器G1と増幅器G2による利得制御特性。Gain control characteristic by variable gain amplifier G1 and amplifier G2 of square characteristic. 2乗特性と指数特性を有する可変利得増幅器G1と増幅器G2による利得制御特性。Gain control characteristics by variable gain amplifier G1 and amplifier G2 having square characteristics and exponential characteristics. 本実施の形態の可変利得増幅器のブロック図。The block diagram of the variable gain amplifier of this Embodiment. 可変利得増幅器G1の利得制御電流I1と増幅器G2の利得制御電流I2Gain control current I 2 of the gain control current I 1 and the amplifier G2 of the variable gain amplifier G1. 2乗特性の可変利得増幅器G1と増幅器G2による利得制御特性。Gain control characteristic by variable gain amplifier G1 and amplifier G2 of square characteristic. 2乗特性と指数特性を有する可変利得増幅器G1と増幅器G2による利得制御特性。Gain control characteristics by variable gain amplifier G1 and amplifier G2 having square characteristics and exponential characteristics. 本実施の形態の可変利得増幅器を含む、直接変換方式の送受信機。A direct conversion type transceiver including the variable gain amplifier of the present embodiment. 他の実施の形態の可変利得増幅器の構成図。The block diagram of the variable gain amplifier of other embodiment. 従来の可変利得増幅器。Conventional variable gain amplifier. 従来の可変利得増幅器の最大利得と最小利得の入力範囲。The input range of maximum gain and minimum gain of a conventional variable gain amplifier. 直接変換方式の送信機。Direct conversion transmitter.

符号の説明Explanation of symbols

VGA: 可変利得増幅器
M: MOSトランジスタ
LCC: 線形化回路
SP: 差動対
G:増幅器
LNA: ローノイズアンプ
BPF: バンドパスフィルタ
LPF: ローパスフィルタ
A/D: アナログデジタル変換器
D/A: デジタルアナログ変換器
LO: ローカルオシレータ
VGA: Variable gain amplifier
M: MOS transistor
LCC: Linearization circuit
SP: differential pair
G: Amplifier
LNA: Low noise amplifier
BPF: Band pass filter
LPF: Low-pass filter
A / D: Analog to digital converter
D / A: Digital-to-analog converter
LO: Local oscillator

Claims (8)

ゲート端子が第1入力端を為す第1トランジスタと、ゲート端子が第2入力端を為し前記第1トランジスタとの寸法比がK:M(K>M)である第2トランジスタと、前記第1トランジスタのソース端子と前記第2トランジスタのソース端子とに第1電流を供給する第1電流源と、を有する第1差動増幅回路と、
ゲート端子が第3入力端を為す第3トランジスタと、ゲート端子が第4入力端を為し前記第3トランジスタとの寸法比がM:Kである第4トランジスタと、前記第3トランジスタのソース端子と前記第4トランジスタのソース端子とに第2電流を供給する第2電流源と、を有し、前記第1差動増幅回路の利得と同じ利得である第2差動増幅回路と、
ゲート端子が第5入力端を為す第5トランジスタと、ゲート端子が第6入力端を為し前記第5トランジスタとの寸法比が1:1である第6トランジスタと、前記第5トランジスタのソース端子と前記第6トランジスタのソース端子とに第3電流を供給する可変電流源と、を有し、前記第3電流が第1の大きさである場合に前記第1差動増幅回路の利得よりも大きく、前記第3電流が前記第1の大きさとは異なる第2の大きさである場合に前記第1差動増幅回路の利得よりも小さいよう前記第3電流と前記第5のトランジスタとを組み合わせた第3差動増幅回路と、
を備え、
前記第1入力端と前記第3入力端と前記第5入力端とが互いに接続されて差動入力端の一端を為し、
前記第2入力端と前記第4入力端と前記第6入力端とが互いに接続されて前記差動入力端の他端を為し、
前記第1トランジスタのドレイン端子と前記第3トランジスタのドレイン端子と前記第5トランジスタのドレイン端子とが互いに接続されて差動出力端の一端を為し、
前記第2トランジスタのドレイン端子と前記第4トランジスタのドレイン端子と前記第6トランジスタのドレイン端子とが互いに接続されて前記差動出力端の他端を為す
ことを特徴とする増幅回路。
A first transistor having a gate terminal serving as a first input terminal; a second transistor having a gate terminal serving as a second input terminal and having a dimensional ratio of K: M (K>M); A first differential amplifier circuit comprising: a first current source for supplying a first current to a source terminal of one transistor and a source terminal of the second transistor;
A third transistor having a gate terminal serving as a third input terminal, a fourth transistor having a gate terminal serving as a fourth input terminal and a dimensional ratio of M: K, and a source terminal of the third transistor; And a second current source for supplying a second current to the source terminal of the fourth transistor, and a second differential amplifier circuit having the same gain as that of the first differential amplifier circuit;
A fifth transistor having a gate terminal serving as a fifth input terminal; a sixth transistor having a gate terminal serving as a sixth input terminal and having a dimensional ratio of 1: 1 to the fifth transistor; and a source terminal of the fifth transistor And a variable current source that supplies a third current to the source terminal of the sixth transistor, and the gain of the first differential amplifier circuit is greater than the first differential amplifier circuit when the third current has a first magnitude. The third current and the fifth transistor are combined so that the third current is smaller than the gain of the first differential amplifier circuit when the third current is a second magnitude different from the first magnitude. A third differential amplifier circuit;
With
The first input terminal, the third input terminal and the fifth input terminal are connected to each other to form one end of a differential input terminal,
The second input terminal, the fourth input terminal and the sixth input terminal are connected to each other to form the other end of the differential input terminal;
The drain terminal of the first transistor, the drain terminal of the third transistor and the drain terminal of the fifth transistor are connected to each other to form one end of a differential output end,
An amplifier circuit, wherein the drain terminal of the second transistor, the drain terminal of the fourth transistor, and the drain terminal of the sixth transistor are connected to each other to form the other end of the differential output terminal.
前記可変電流源は、前記差動出力端の出力電流との関係が線形である制御電圧との関係が、指数関数的である第3電流を供給することを特徴とする請求項1記載の増幅回路。   2. The amplification according to claim 1, wherein the variable current source supplies a third current whose relationship with a control voltage having a linear relationship with an output current of the differential output terminal is exponential. circuit. 前記可変電流源は、前記制御電圧が増加することに応じて、前記第3電流を指数関数的に減少させ、
前記第1及び第2電流源は、略一定値を有する前記第1及び第2電流をそれぞれ生成する
ことを特徴とする請求項2に記載の増幅回路。
The variable current source decreases the third current exponentially as the control voltage increases,
The amplifier circuit according to claim 2, wherein the first and second current sources generate the first and second currents having substantially constant values, respectively.
前記可変電流源は、前記制御電圧が増加することに応じて、前記第3電流を指数関数的に減少させ、
前記第1及び第2電流源は、前記制御電圧が増加することに応じて単調増加するよう前記第1及び第2電流をそれぞれ生成する
ことを特徴とする請求項2に記載の増幅回路。
The variable current source decreases the third current exponentially as the control voltage increases,
3. The amplifier circuit according to claim 2, wherein the first and second current sources generate the first and second currents so as to monotonously increase as the control voltage increases. 4.
ゲート端子が第7入力端を為す第7トランジスタと、ゲート端子が第8入力端を為し前記第7トランジスタとの寸法比がL:N(K≠M)である第8トランジスタと、前記第8トランジスタのソース端子と前記第8トランジスタのソース端子とに第4電流を供給する第4電流源と、を有する第4差動増幅回路を更に備え、
前記第7入力端が前記差動入力端の前記一端に接続し、
前記第8入力端が前記差動入力端の前記他端に接続し、
前記第7トランジスタのドレイン端子が前記差動出力端の前記一端を為し、
前記第8トランジスタのドレイン端子が前記差動出力端の前記他端を為す
ことを特徴とする請求項1に記載の増幅回路。
A seventh transistor having a gate terminal serving as a seventh input terminal; an eighth transistor having a gate terminal serving as an eighth input terminal and having a dimensional ratio of L: N (K ≠ M); A fourth differential amplifier circuit having a fourth current source for supplying a fourth current to a source terminal of the eighth transistor and a source terminal of the eighth transistor;
The seventh input terminal is connected to the one end of the differential input terminal;
The eighth input terminal is connected to the other end of the differential input terminal;
The drain terminal of the seventh transistor serves as the one end of the differential output end;
2. The amplifier circuit according to claim 1, wherein a drain terminal of the eighth transistor serves as the other end of the differential output terminal.
前記第1及び第2トランジスタは、MOSトランジスタによって形成され、
前記第1差動増幅回路は、前記第1差動増幅器が変化させ得る利得範囲のうち、最大利得付近では、前記第1及び第2トランジスタを強反転領域で動作させ、最小利得付近では、前記第1及び第2トランジスタを弱反転領域で動作させる
ことを特徴とする請求項1に記載の増幅回路。
The first and second transistors are formed by MOS transistors,
The first differential amplifier circuit operates the first and second transistors in a strong inversion region near a maximum gain in a gain range that can be changed by the first differential amplifier, and near the minimum gain, The amplifier circuit according to claim 1, wherein the first and second transistors are operated in a weak inversion region.
ベース端子が第1入力端を為す第1トランジスタと、ベース端子が第2入力端を為し前記第1トランジスタとの寸法比がK:M(K>M)である第2トランジスタと、前記第1トランジスタのエミッタ端子と前記第2トランジスタのエミッタ端子とに第1電流を供給する第1電流源と、を有する第1差動増幅回路と、
ベース端子が第3入力端を為す第3トランジスタと、ベース端子が第4入力端を為し前記第3トランジスタとの寸法比がM:Kである第4トランジスタと、前記第3トランジスタのエミッタ端子と前記第4トランジスタのエミッタ端子とに第2電流を供給する第2電流源と、を有し、前記第1差動増幅回路の利得と同じ利得である第2差動増幅回路と、
ベース端子が第5入力端を為す第5トランジスタと、ベース端子が第6入力端を為し前記第5トランジスタとの寸法比が1:1である第6トランジスタと、前記第5トランジスタのエミッタ端子と前記第6トランジスタのエミッタ端子とに第3電流を供給する可変電流源と、を有し、前記第3電流が第1の大きさである場合に前記第1差動増幅回路の利得よりも大きく、前記第3電流が前記第1の大きさとは異なる第2の大きさである場合に前記第1差動増幅回路の利得よりも小さいよう前記第3電流と前記第5のトランジスタとを組み合わせた第3差動増幅回路と、
を備え、
前記第1入力端と前記第3入力端と前記第5入力端とが互いに接続されて差動入力端の一端を為し、
前記第2入力端と前記第4入力端と前記第6入力端とが互いに接続されて前記差動入力端の他端を為し、
前記第1トランジスタのコレクタ端子と前記第3トランジスタのコレクタ端子と前記第5トランジスタのコレクタ端子とが互いに接続されて差動出力端の一端を為し、
前記第2トランジスタのコレクタ端子と前記第4トランジスタのコレクタ端子と前記第6トランジスタのコレクタ端子とが互いに接続されて前記差動出力端の他端を為す
ことを特徴とする増幅回路。
A first transistor having a base terminal serving as a first input terminal, a second transistor having a base terminal serving as a second input terminal and a dimensional ratio of K: M (K>M); A first differential amplifier circuit having a first current source for supplying a first current to an emitter terminal of one transistor and an emitter terminal of the second transistor;
A third transistor having a base terminal serving as a third input terminal, a fourth transistor having a base terminal serving as a fourth input terminal and a dimensional ratio of M: K, and an emitter terminal of the third transistor; And a second current source for supplying a second current to the emitter terminal of the fourth transistor, and a second differential amplifier circuit having the same gain as the gain of the first differential amplifier circuit;
A fifth transistor having a base terminal serving as a fifth input terminal, a sixth transistor having a base terminal serving as a sixth input terminal and a dimensional ratio of 1: 1 with the fifth transistor, and an emitter terminal of the fifth transistor And a variable current source for supplying a third current to the emitter terminal of the sixth transistor, and when the third current has a first magnitude, the gain of the first differential amplifier circuit is larger than the gain of the first differential amplifier circuit. The third current and the fifth transistor are combined so that the third current is smaller than the gain of the first differential amplifier circuit when the third current is a second magnitude different from the first magnitude. A third differential amplifier circuit;
With
The first input terminal, the third input terminal and the fifth input terminal are connected to each other to form one end of a differential input terminal,
The second input terminal, the fourth input terminal and the sixth input terminal are connected to each other to form the other end of the differential input terminal;
The collector terminal of the first transistor, the collector terminal of the third transistor, and the collector terminal of the fifth transistor are connected to each other to form one end of a differential output end,
An amplifying circuit, wherein a collector terminal of the second transistor, a collector terminal of the fourth transistor, and a collector terminal of the sixth transistor are connected to each other to form the other end of the differential output terminal.
送信回路を有する通信装置において、
前記送信回路が有する変調器の後段に接続された増幅回路は、
ゲート端子が第1入力端を為す第1トランジスタと、ゲート端子が第2入力端を為し前記第1トランジスタとの寸法比がK:M(K>M)である第2トランジスタと、前記第1トランジスタのソース端子と前記第2トランジスタのソース端子とに第1電流を供給する第1電流源と、を有する第1差動増幅回路と、
ゲート端子が第3入力端を為す第3トランジスタと、ゲート端子が第4入力端を為し前記第3トランジスタとの寸法比がM:Kである第4トランジスタと、前記第3トランジスタのソース端子と前記第4トランジスタのソース端子とに第2電流を供給する第2電流源と、を有し、前記第1差動増幅回路の利得と同じ利得である第2差動増幅回路と、
ゲート端子が第5入力端を為す第5トランジスタと、ゲート端子が第6入力端を為し前記第5トランジスタとの寸法比が1:1である第6トランジスタと、前記第5トランジスタのソース端子と前記第6トランジスタのソース端子とに第3電流を供給する可変電流源と、を有し、前記第3電流が第1の大きさである場合に前記第1差動増幅回路の利得よりも大きく、前記第3電流が前記第1の大きさとは異なる第2の大きさである場合に前記第1差動増幅回路の利得よりも小さいよう前記第3電流と前記第5のトランジスタとを組み合わせた第3差動増幅回路と、
を備え、
前記第1入力端と前記第3入力端と前記第5入力端とが互いに接続されて差動入力端の一端を為し、
前記第2入力端と前記第4入力端と前記第6入力端とが互いに接続されて前記差動入力端の他端を為し、
前記第1トランジスタのドレイン端子と前記第3トランジスタのドレイン端子と前記第5トランジスタのドレイン端子とが互いに接続されて差動出力端の一端を為し、
前記第2トランジスタのドレイン端子と前記第4トランジスタのドレイン端子と前記第6トランジスタのドレイン端子とが互いに接続されて前記差動出力端の他端を為す ことを特徴とする通信装置。
In a communication device having a transmission circuit,
The amplifier circuit connected to the subsequent stage of the modulator included in the transmission circuit is:
A first transistor having a gate terminal serving as a first input terminal; a second transistor having a gate terminal serving as a second input terminal and having a dimensional ratio of K: M (K>M); A first differential amplifier circuit comprising: a first current source for supplying a first current to a source terminal of one transistor and a source terminal of the second transistor;
A third transistor having a gate terminal serving as a third input terminal, a fourth transistor having a gate terminal serving as a fourth input terminal and a dimensional ratio of M: K, and a source terminal of the third transistor; And a second current source for supplying a second current to the source terminal of the fourth transistor, and a second differential amplifier circuit having the same gain as that of the first differential amplifier circuit;
A fifth transistor having a gate terminal serving as a fifth input terminal; a sixth transistor having a gate terminal serving as a sixth input terminal and having a dimensional ratio of 1: 1 to the fifth transistor; and a source terminal of the fifth transistor And a variable current source that supplies a third current to the source terminal of the sixth transistor, and the gain of the first differential amplifier circuit is greater than the first differential amplifier circuit when the third current has a first magnitude. The third current and the fifth transistor are combined so that the third current is smaller than the gain of the first differential amplifier circuit when the third current is a second magnitude different from the first magnitude. A third differential amplifier circuit;
With
The first input terminal, the third input terminal and the fifth input terminal are connected to each other to form one end of a differential input terminal,
The second input terminal, the fourth input terminal and the sixth input terminal are connected to each other to form the other end of the differential input terminal;
The drain terminal of the first transistor, the drain terminal of the third transistor and the drain terminal of the fifth transistor are connected to each other to form one end of a differential output end,
The communication device, wherein the drain terminal of the second transistor, the drain terminal of the fourth transistor, and the drain terminal of the sixth transistor are connected to each other to form the other end of the differential output terminal.
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